JPH11307432A - フォトレジストの近接効果排除方法 - Google Patents

フォトレジストの近接効果排除方法

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JPH11307432A
JPH11307432A JP11371598A JP11371598A JPH11307432A JP H11307432 A JPH11307432 A JP H11307432A JP 11371598 A JP11371598 A JP 11371598A JP 11371598 A JP11371598 A JP 11371598A JP H11307432 A JPH11307432 A JP H11307432A
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photoresist
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numerical aperture
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coherence value
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蔡勝 高
Shomei Tai
昌銘 戴
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトリトグラフィックプロセスに含まれる
３つの独立変数を注意深く制御することによってフォト
レジストにおける近接効果を排除する。 【解決手段】 ３つの独立変数は、露光後ベークを遂行
する温度、露光システムの開口数、及び部分的コヒーレ
ンスパラメータである。詳しく述べれば、露光後ベーク
温度は製造者が推奨する温度よりも 20 − 25 °Ｃ低く
すべきであり、開口数は 0.5程度、そして部分的コヒー
レンスパラメータは 0.8程度にすべきである。これらの
ガイドラインに従えば、１より小さいデューティ比に下
がるまで近接効果は見られず、光学近接補正を必要とせ
ずにひずみのないパターンが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に近接効果( pr
oximity effect )を有するフォトリトグラフィの分野、
及びその排除方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路内のパターンは、ガラスマスク
から形成されたフォトレジストマスクの下で、フォトリ
トグラフィックプロセスによってエッチングによって作
成される。集積回路内の最小フィーチャ( feature ) の
サイズを、一般に臨界寸法（クリティカルディメンショ
ン（ＣＤ））と呼ぶ。ガラスマスク上のイメージでフォ
トレジストを露光するのに使用される光の波長（深いＵ
Ｖ源の場合には、約 1830 乃至 3650 オングストロー
ム）にＣＤが近づくと、フォトレジスト内に形成される
パターンはガラスマスク上のパターンを完全忠実に再現
しなくなる。任意のフィーチャの効果はそのフィーチャ
の取巻きによって大きく影響されるので、この現象は
「近接効果」と名付けられている。
【０００３】図１−３に、この近接効果の３つの異なる
状態を示す。図１のライン２は孤立していて直近にライ
ンはないが、ライン３のようなラインは混み合ってい
て、それらの幅に匹敵する空間によって分離されてい
る。ライン３及びライン２は、フォトレジスト上のイメ
ージはガラスマスク上のイメージの幅と同一の幅を有し
ている筈であるが、ライン３は近接効果のためにライン
２よりも狭まっている。図２においては、ガラスマスク
上のライン４は寸法５に対応する長さを有しているので
あるが、フォトレジスト上のイメージは図示のようにか
なり短くなる。図３においては、方形を意図したにも拘
わらず隅に丸め効果が現れ、６で示した領域にはフォト
レジストが欠如している。近接効果の原因は分かってい
るが、任意のパターンに対するその大きさを計算するこ
とは極めて複雑であり、時間がかかる。それにも拘わら
ず、現在の半導体産業においては、予測される光学近接
効果を補償するために、元のガラスマスクパターンに適
用できる「最適近接補正」（ＯＰＣ）を行うためのこれ
らの計算を遂行している。
【０００４】ガラスパターンをフォトレジストイメージ
として転写するプロセスは、４ステップに大別すること
ができる。即ち、１）レジスト被膜、２）露光、３）露
光後ベーク（ＰＥＢ）、及び４）現像である。レジスト
を被膜する表面は、反反射被膜（ＡＲＣ）であっても、
そうでなくてもよい。これは、特に、フォトレジスト層
内に定在波パターンが形成される程度によって近接効果
が影響を受けることに関連している。しかしながら、上
記ステップ２）及び３）は近接効果が導入されるステッ
プであり、これらの２つのステップを実施する条件を注
意深く制御することによって近接効果を排除することが
でき、それによってＯＰＣ、及び関連する費用のかかる
計算の必要性を除去することができる。可能性のある従
来の技術を探索中に、幾つかの参照に関心をひかれた。
これらは、1995年７月の Itoo らのＵＳＰ 5,436,114、
1997年６月の Ootaka らのＵＳＰ 5,636,004、及び 199
7 年10月の GortychらのＵＳＰ 5,680,588を含み、これ
らは全て開口数( numerical aperture )及び／またはコ
ヒーレンシーの重要性を説いている。1991年１月の Liu
らのＵＳＰ 4,988,284は、「露光後ベーク」の必要性を
記述しているが、これは電子ビームレジストのためのも
のであり、更に、少なくとも 100°Ｃの温度を指定して
いる。
【０００５】
【発明の概要】本発明の目的は、近接効果に起因するフ
ォトレジストパターン内のひずみを除去する方法を提供
することである。別の目的は、上記ひずみの除去を、単
に近接効果を補償するのではなく、近接効果自体を排除
することによって遂行することである。更に別の目的
は、上記方法が、近接効果を斟酌していないフォトリト
グラフィックプロセスに費用を追加しないことである。
これらの目的は、フォトリトグラフィックプロセスに含
まれる３つの独立変数の値を注意深く制御することによ
って達成される。これは、「露光後ベーク」を遂行する
温度、露光システムの開口数、及び部分的コヒーレンス
( partial coherence ) パラメータである。詳しく述べ
れば、「露光後ベーク」温度は製造者が推奨するよりも
20 −25°Ｃ低くすべきであり、開口数は 0.5程度にす
べきであり、そして部分的コヒーレンスは 0.8程度にす
べきである。もしこれらのガイドラインに従えば、デュ
ーティ比が１より小さく下がっても、近接効果は見られ
なくなる。
【０００６】
【実施例】前述したように、近接効果の本質及び広がり
（もしあれば）を決定するフォトリトグラフィの２つの
ステップは、露光及び露光後ベーク（ＰＥＢ）である。
露光中に導入される近接効果の原因は純粋に光学的であ
り、ＰＥＢ中に導入される効果はレジストからの近接効
果が支配的である。図４は、一連の異なるＰＥＢに対す
るデューティ比（即ち、ライン間隔／ライン幅）の関数
としてのＣＤ（ミクロン）のプロットである。関心があ
るＣＤ値は約 0.18 乃至 0.35 ミクロンである。ＰＥＢ
のためのベーク時間は全ての場合に同一であり、約２分
であったが、約１分の最短ベーク時間の後のベーク時間
自体はそれ程重要ではなくなっている。このデータは、
Ｋ３０Ｇレジストを使用して収集し、ボットムＡＲＣ
（ＢＡＲＣ）が存在した。
【０００７】曲線２１の場合のベーク温度は 100°Ｃで
あり、この値はレジスト製造者が推奨する温度である。
曲線２１より上に連続して示されている各曲線は次々に
５°Ｃずつ低下させてあり、75°Ｃのベーク温度の場合
の曲線２２において最も低下している。図から明らかな
ように、一般的に、ＣＤは約３より小さいデューティ比
に極めて鋭敏であるが、この感度はＰＥＢ温度が低くな
ると大幅に低下する。実際に、ＰＥＢ温度が 75 °Ｃの
場合（曲線２２）には、ＣＤの変化はデューティ比の全
範囲にわたって約４％にしか過ぎない。図５は、近接効
果を制御する純粋に光学的な効果を示している。この場
合、ＰＥＢ温度は上述した最適であるものとし、シミュ
レーション技術を使用して、２つのキーとなる光学パラ
メータの効果を組織的に検討した。
【０００８】シミュレーションに使用された２つの光学
パラメータは、開口数（ＮＡ）（アイリスダイヤフラム
を使用することによって調整することができる）、及び
部分的コヒーレンスパラメータ（σ）である。後者は、
（照明ＮＡ）／（投影ＮＡ）として定義される。これ
は、所与の光学系の場合、これら２つの量を測定するこ
とによって決定することができ、またエアリアルイルミ
ネータ( aerial illminator ) を変更することによって
（ＡＳＭステッパの場合）、またはフィルタサイズを拡
大することによって( Nikon ステッパの場合）調整する
ことができる。図５においては、その後の他の図と同様
に、ＮＡは 0.55 に固定されている。ＰＥＢの場合のよ
うに、この数は使用できる最高のＮＡである。多くの場
合について確認したところでは、ＮＡを大きくする程、
近接効果は小さくなる。これらの場合、環状( annular
) 入射光分布（環の内側半径：外側半径＝2/3 ）を使
用したので、曲線３１の場合のコヒーレンスパラメータ
は「環状 2/3」である。
【０００９】曲線３２の場合のσは 0.8（ NikonＸ１２
Ｂステッパで得ることができる最大値）であり、曲線３
３の場合には 0.4であった。ＮＡを 0.55 とし、σ値を
0.8とすると、ＣＤ対デューティ比曲線は殆ど平坦な線
となり、近接効果が完全に排除されたことをこのデータ
は暗示している。これらの結果が真実であり、またシミ
ュレーションが間違っていないことを確かめるために、
実際のレジスト（型：ＪＳＲ Ｋ２Ｇ）を約 0.5乃至
0.8ミクロンの厚みに被膜して実験を行った。図６に、
種々のσ値を使用し、ＰＥＢ温度を100°Ｃ（製造者の
推奨値）として遂行した一連の露光をプロットした結果
を示す。σ値は、曲線４１の場合が環状 2/3であり、曲
線４２の場合が 0.8であり、曲線４３の場合が 0.55 で
あり、そして曲線４４の場合が 0.4である。前述した場
合と同様に、ＮＡは 0.55 に固定されていた。図から明
らかなように、曲線４３及び４４は接近し、どの曲線も
平坦とは言い難く、近接効果が未だ存在していることを
暗示している。
【００１０】次に最適ＰＥＢ温度（この場合、80°Ｃ）
を使用して、上述した実験を繰り返した。結果を図７に
示す。ＮＡは 0.55 のままとし、σ値は、曲線５１の場
合には環状 2/3とし、曲線５２の場合は 0.8とし、そし
て曲線５３の場合は 0.4とした。σ値が 0.8である曲線
５２から明らかなように、ＣＤは１より小さいデューテ
ィ比に下がってもデューティ比には無関係であり、ＰＥ
Ｂ温度、開口数、及び部分的コヒーレンスパラメータを
適切に制御することによって、近接効果を実効的に排除
できることが確かめられた。ｔ−ＢＯＣシリーズのフォ
トレジストを用いて最良の結果が得られたことに注目さ
れたい。以上に本発明をその好ましい実施例に関して特
定的に説明したが、当分野に精通していれば、本発明の
思想及び範囲から逸脱することなく形状及び細部に変化
を考案できることは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】近接効果が、フォトレジストイメージ内のライ
ンの幅を如何にひずませるかを示す図である。
【図２】近接効果が、フォトレジストイメージ内のライ
ンの長さを如何にひずませるかを示す図である。
【図３】近接効果が、フォトレジストイメージ内のライ
ンの形状を如何にひずませるかを示す図である。
【図４】一連の異なるＰＥＢ温度に関して、ＣＤ対デュ
ーティ比のプロットである。
【図５】一連の異なる部分的コヒーレンスパラメータ値
に関して、ＣＤのシミュレートした曲線対デューティ比
のプロットである。
【図６】製造者が推奨するＰＥＢ温度を使用して幾つか
の異なる部分的コヒーレンスパラメータ値に関して、Ｃ
Ｄの実験データ対デューティ比のプロットである。
【図７】本発明によって決定したＰＥＢ温度を使用して
幾つかの異なる部分的コヒーレンスパラメータ値に関し
て、ＣＤの実験データ対デューティ比のプロットであ
る。
【符号の説明】
２、３、４ フォトレジスト上のライン ５ 計画寸法 ６ フォトレジスト欠如領域

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フォトリトグラフィのための方法におい
    て、 光学マスクを準備するステップと、 フォトレジストの層で基体を被膜するステップと、 上記フォトレジストの層を乾燥させるステップと、 ある部分的コヒーレンス値を有する光学作用を持つ放射
    を使用し、ある開口数を有するイメージングシステムに
    よって、第１の時間にわたって上記フォトレジストの層
    上にあるマスクのイメージを投影するステップと、 次いで、上記基体及び上記フォトレジストの層を第２の
    時間にわたってベークするステップと、 次いで、上記フォトレジストの層を現像し、それによっ
    て近接効果のない、そしてある臨界寸法を有するイメー
    ジを発生させるステップと、を備えていることを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 上記開口数は、約 0.5乃至 0.7である請
    求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記部分的コヒーレンス値は、約 0.6乃
    至 0.9である請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記基体のベーキングは、約 60 乃至 1
    00°Ｃにおいて行われる請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記第２の時間は、約１乃至２分である
    請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 上記フォトレジストは、ｔ−ＢＯＣシリ
    ーズからなるグループから選択される請求項１に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 上記光学作用を持つ放射は、約 1830 乃
    至 3650 オングストロームの波長を有している請求項１
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】 上記フォトレジストの層は、約 0.5乃至
    0.8ミクロンの厚みである請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 上記臨界寸法は、約 0.18 乃至 0.35 ミ
    クロンである請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ある臨界寸法を有するフォトレジスト
    イメージ内の近接効果を排除する方法において、 調整可能な開口数及び可変部分的コヒーレンス値を有す
    るイメージングシステムを準備するステップと、 上記開口数及び部分的コヒーレンス値のための最適値を
    決定し、それによって光学を原因とする近接効果を排除
    するステップと、 露光後ベーク温度のための最適値を決定し、それによっ
    てフォトレジストが関係する近接効果を排除するステッ
    プと、 上記開口数、部分的コヒーレンス値、及び露光後ベーク
    温度の上記最適値を使用して、上記フォトレジストイメ
    ージを形成するステップと、 を備えていることを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 上記最適開口数は、約 0.5乃至 0.7で
    ある請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 上記最適部分的コヒーレンス値は、約
    0.6乃至 0.9である請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 上記露光後ベーク温度は、約 60 乃至
    100°Ｃである請求項１０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 上記開口数及び部分的コヒーレンス値
    のための最適値を決定するステップは、シミュレーショ
    ンを通して達成される請求項１０に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 上記最適部分的コヒーレンス値の使用
    は、ＡＳＭステッパの場合にはエアリアルイルミネータ
    を変更することによって、またニコンステッパの場合に
    はフィルタサイズを拡大することによって達成される請
    求項１０に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 上記臨界寸法は、約 0.18 乃至 0.35
    ミクロンである請求項１０に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 上記イメージングシステムは、約 1,8
    30乃至 3,650オングストロームの波長を有する光学作用
    を持つ放射を使用する請求項１０に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 上記フォトレジストは、ｔ−ＢＯＣシ
    リーズのフォトレジストからなるグループから選択され
    る請求項１０に記載の方法。
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